In laboratorio un disco di acciaio viene trascinato
Categoria: FISICA | FORZE | FORZA ATTRITO
Testo del quesito
Una cassa che pesa 1,3 kN viene spinta sul pavimento da una forza orizzontale. Quando il modulo della forza raggiunge i $2,0 x 10^2 N$, la cassa si mette in moto. Calcola il coefficiente di attrito statico tra il pavimento e la cassa.
Introduzione all'Argomento
1) Forze
Le forze occupano una posizione particolarmente rilevante nella fisica, in quanto fungono da tramite tra la matematica e il mondo fisico che ci circonda. Esse non solo catalizzano il cambiamento, modellando il dinamismo e la struttura delle particelle, ma incarnano anche il fulcro attraverso il quale si snodano interazioni fondamentali, dall’attrazione gravitazionale alla forza elettromagnetica. Nello studio delle forze ci imbattiamo in concetti di causa ed effetto, azione e reazione, esplorando le leggi che governano il moto e studiando i meccanismi invisibili che regolano le particelle.
2) Forza attrito
In questa lezione, ci addentreremo nel fenomeno della forza d’attrito, un aspetto quotidiano che sperimentiamo ogni volta che muoviamo oggetti su una superficie. La forza d’attrito è quella forza che si oppone al movimento relativo tra due superfici a contatto, come ad esempio una slitta che scivola lungo una collina o una tazza che viene spinta sul tavolo. La sua origine risiede nelle microscopiche irregolarità presenti sulle superfici, che tendono a “agganciarsi” l’una all’altra, ostacolando il movimento. Distinguiamo principalmente tre tipi di attrito: l’attrito statico, dinamico e viscoso.
Risoluzione – In laboratorio un disco di acciaio viene trascinato
Concetto chiave 1: La forza di attrito radente dinamico
La forza di attrito radente dinamico è quella forza che si oppone al movimento relativo tra due superfici in contatto. Questa forza dipende dal materiale delle due superfici e dalla forza con cui sono prementi l’una contro l’altra.
Dati dell’esercizio:
Forza peso del disco: \( F_p = 0,82 \, N \)
Forza di attrito radente dinamico: \( F_d = 1,9 \, N \)
Concetto chiave 2: La forza perpendicolare e il coefficiente di attrito
La forza di attrito radente dinamico è data dal prodotto tra il coefficiente di attrito radente dinamico (\( \mu \)) e la forza premente perpendicolare alla superficie (\( F_{\perp} \)). La formula è:
\[ F_{att} = \mu F_{\perp} \]
Nel nostro caso, essendo la lastra orizzontale, la forza perpendicolare è semplicemente il peso del disco, ovvero \( F_{\perp} = F_p \).
Passaggio 1: Calcolo della forza perpendicolare
\[ F_{\perp} = F_p = 0,82 \, N \]
Passaggio 2: Calcolo del coefficiente di attrito radente dinamico
Utilizzando la formula dell’attrito e sostituendo i valori noti, possiamo ricavare il coefficiente di attrito:
\[ F_d = \mu F_{\perp} \]
Da cui:
\[ \mu = \frac{F_d}{F_{\perp}} \]
\[ \mu = \frac{1,9 \, N}{0,82 \, N} = 2,32 \]
Risultato:
Il coefficiente di attrito radente dinamico tra il disco di acciaio e la lastra di gomma è \( \mu = 2,32 \).
Spiegazione:
Il coefficiente di attrito radente dinamico è un valore adimensionale che indica quanto forte è l’attrito tra due superfici in movimento relativo. Un valore di \( \mu = 2,32 \) indica che l’attrito tra il disco di acciaio e la lastra di gomma è piuttosto elevato. Questo significa che per trascinare il disco sull’orizzontale, è necessaria una forza di attrito che è 2,32 volte la forza con cui il disco preme sulla lastra (in questo caso, il suo peso).
In conclusione, abbiamo utilizzato i concetti di forza di attrito e forza perpendicolare per determinare il coefficiente di attrito radente dinamico tra due superfici. Attraverso una semplice divisione tra la forza di attrito data e il peso del disco, siamo stati in grado di trovare il coefficiente di attrito.
